UTILIZAÇÃO DE ADSORVENTE ALTERNATIVO DE

BAIXO CUSTO PARA REMOÇÃO DO CORANTE TARTRAZINA

E. L. FOLETTO*,1

, C. T. WEBER1, G. C. COLLAZZO

2, M. A. MAZUTTI

1, R. C. KUHN

1; G. L.

DOTTO1

1 Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal de Santa Maria

2 Centro de Ciências Exatas e Tecnologia, Universidade de Caxias do Sul

*E-mail para contato:efoletto@gmail.com

RESUMO – Atualmente, buscam-se adsorventes alternativos para diminuir os custos do

processo de adsorção, principalmente para tratamento de água residuárias. Neste trabalho

utilizou-se semente de mamão cominuída (Carica papaya L.) para remoção do corante

tartrazina de efluente sintético. Os efeitos do pH, concentração inicial de corante e tempo

de contato foram investigados. Os dados de equilíbrio foram analisados pelas isotermas de

Langmuir, Freundlich e Temkin. A cinética foi avaliada de acordo com os modelos de

pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e Elovich. Verificou-se que o modelo de

Langmuir foi o mais adequado para representar a operação, resultando em uma

capacidade máxima de adsorção de 51 mg g-1

. A cinética foi mais bem representada pelo

modelo de pseudo-segunda ordem. Assim, os resultados demonstraram que as sementes

de mamão são adsorventes alternativos de baixo custo com capacidade satisfatória para

remover o corante tartrazina.

1. INTRODUÇÃO

Várias indústrias tais como, farmacêutica, têxtil e alimentícia, geram efluentes contendo

corantes. Estes efluentes, quando descartados no meio ambiente, podem causar vários efeitos no

ecossistema aquático e na vida humana (Foletto et al., 2013a). A operação de adsorção usando carvão

ativado tem sido amplamente utilizado para tratar águas residuais contendo corantes (Foletto et al.,

2012; Ioannou & Simitzis, 2013; Zhang & Ou, 2013; Linhares et al., 2013), no entanto, é

relativamente caro devido ao custo de produção do carvão ativado. Portanto, materiais de baixo custo

provenientes de resíduos industriais ou vegetais podem ser utilizados como adsorventes de corantes

(Ramakrishna & Viraraghavan, 1997, Weng et al., 2001; Yang et al., 2013) a fim de tornar a operação

de adsorção mais acessível. Estudos recentes relatam que sementes de mamão possuem uma

capacidade de adsorção altamente satisfatória para remoção de corantes. Estudos utilizando sementes

de mamão como adsorvente de azul de metileno (Hameed, 2009; Paz et al., 2013), corantes da

indústria coureira (Weber et al., 2013) e corantes têxteis (Foletto et al., 2013b) têm sido relatados

recentemente. No entanto, a utilização de sementes de mamão para a adsorção de corantes

farmacêuticos ainda é pouco relatada na literatura. O uso de sementes de mamão como adsorvente é

muito interessante, uma vez que este é um resíduo agrícola de baixo custo.

Área temática: Engenharia Ambiental e Tecnologias Limpas 1

Neste trabalho, o corante tartrazina foi escolhido como um composto modelo para o estudo de

adsorção. Tartrazina é um corante azóico com um grupo ácido sulfônico. É amplamente utilizado para

tingir drogas e cosméticos (Gutpa et al., 2010). Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o uso de

sementes de mamão para a remoção do corante farmacêutico tartrazina a partir de solução aquosa

sintética. Estudos de equilíbrio e cinéticos foram realizados com o objetivo de elucidar o processo de

adsorção de corante sobre as sementes de mamão.

2. METODOLOGIA

2.1. Adsorventes e adsorbatos

As amostras de sementes de mamão foram preparadas e caracterizadas em um trabalho anterior

(Foletto et al., 2013b). Os mamões foram obtidos em um comércio local. As sementes foram

removidas do fruto e secas a 85 ° C em um forno durante 12 h, seguida por trituração em moinho de

facas. O material resultante foi peneirado, e uma porção com diâmetro de partícula entre 350 e 450

μm foi utilizada nos experimentos. A amostra apresentou uma baixa área superficial (BET), 0,23 m2

g-1

, e diâmetro de poro médio de 332 Å (Foletto et al., 2013b). Tartrazina (CAS 1934-21-0; formula

química é C16H9N4Na3O9S2; peso molecular = 534.36 g mol-1

), um corante amplamente utilizado na

indústria farmacêutica, foi utilizado como composto modelo.

2.2. Testes de adsorção

Para os testes de adsorção, 0,05 g de adsorvente foram adicionados a 100 mL de solução aquosa

com diferentes concentrações iniciais de corante (20 a 70 mg L-1

). Os ensaios de adsorção foram

realizados em diferentes pHs (2,5 a 8,5), os quais foram ajustados utilizando H2SO4 e NaOH. A

solução resultante foi agitada continuamente usando um agitador termostático (Tecnal, Brasil), até

atingir o equilíbrio de adsorção, a uma temperatura constante (25 °C). Alíquotas da solução aquosa

foram retiradas em vários intervalos de tempo, centrifugadas e filtradas antes da análise. As

concentrações de corantes em solução aquosa foram determinadas por espectrofotometria (Spectro

vision modelo T6-UV) em máx 426 nm. A capacidade de adsorção do corante foi calculada como

segue:

qt = [(Co - C t)V]/W (1)

onde: qt (mg g-1

) é a quantidade de corante adsorvido no tempo de contato t (min), Co (mg L-1

) é

a concentração inicial de corante, Ct é a concentração de corante no tempo t, W (g) é a massa de

adsorvente na solução, e V (L) é o volume da solução. Todos os ensaios de adsorção foram

realizados em duplicata e só os valores médios foram reportados. O desvio máximo observado foi

de cerca de ± 7%.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1. Efeito do pH sobre a adsorção

Área temática: Engenharia Ambiental e Tecnologias Limpas 2

O pH é um dos parâmetros mais relevantes na operação de adsorção, pois pode afetar as

propriedades da superfície do adsorvente e a estrutura do adsorbato. O efeito do pH sobre a adsorção

do corante foi estudado no intervalo entre 2,5 e 8,5 (Fig. 1). A partir da figura, observou-se que a

adsorção foi elevada em meio ácido (pH 2,5). Um baixo pH leva a um aumento da concentração de

íons H+ no sistema e, a superfície do adsorvente adquire uma carga positiva por adsorver os íons H

+.

Como a superfície do adsorvente é possivelmente carregada positivamente a um pH baixo, uma forte

atração eletrostática ocorre entre a superfície de adsorvente carregada positivamente e a molécula de

corante aniônico (SO3-

). À medida que o pH do sistema aumenta, o número de sítios carregados

negativamente aumenta, favorecendo a repulsão das moléculas de corante (Malik, 2004).

Figura 1 – Efeito do pH na adsorção de corante (Co = 20 mg L-1

) sobre a semente de mamão a

25 oC.

3.2. Efeito da concentração inicial de corante e tempo de contato

As influências do tempo de contato e da concentração na adsorção do corante são mostradas

na Figura 2.

Figura 2 – Efeito do tempo e da concentração inicial de corante sobre a adsorção do corante

tartrazina sobre sementes de mamão, a pH 2,5 e 25 °C.

Área temática: Engenharia Ambiental e Tecnologias Limpas 3

O perfil da curva do tempo em função da quantidade adsorvida foi uma curva única, suave e

contínua levando ao equilíbrio de adsorção. A Figura 2 mostra também que o tempo de contato

necessário para atingir o equilíbrio foi de cerca de 100 min para todas as concentrações iniciais

avaliadas.

3.3. Estudos de equilíbrio

A análise do processo de adsorção requer um estudo de equilíbrio de adsorção. O teste de

equilíbrio de adsorção fornece os dados físico-químicos sobre a aplicabilidade da adsorção. Os dados

foram ajustados utilizando as isotermas de Langmuir (Khaled et al., 2009), Freundlich (Khaled et al.,

2009) e Temkin (Foo & Hameed, 2010) (Tabela 1).

Tabela 1 – Modelos de isotermas.

Langmuir

qe - capacidade de adsorção no equilíbrio (mg g-1

)

Ce - concentração no equilíbrio (mg L-1

)

qmax - capacidade máxima de adsorção(mg g-1

)

kL - constante de equilíbrio de Langmuir (L mg-1

)

Freundlich

kF - constante de adsorção de Freundlich (mg g-1

)

nF - constante de Freundlich relacionada com a

intensidade da adsorção

Temkin

R - constante dos gases ideais (8.314 J mol-1

K-1

)

T - temperatura absoluta (K)

A - constante da ligação no equilíbrio (L mg-1

)

B - constante relacionada com o calor de adsorção

Os parâmetros de adsorção obtidos a partir dos gráficos são mostrados na Figura 3. A isoterma

de Langmuir apresentou o melhor ajuste dos dados experimentais, com um coeficiente de

determinação de 0,99, enquanto que os outros modelos mostraram coeficientes de correlação

menores. Estes resultados sugerem que houve uma cobertura de monocamada de moléculas do

corante sobre a superfície das sementes de mamão. Para o modelo de Langmuir, foi encontrada uma

capacidade de adsorção máxima de 51 mg g-1

.

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Figura 3 – Isotermas de (a) Langmuir; (b) Freundlich e (c) Temkin para a adsorção do corante

tartrazina sobre sementes de mamão.

3.4. Estudos cinéticos

O estudo cinético é importante porque fornece informações importantes sobre o mecanismo de

adsorção de adsorbatos em solução. Três modelos cinéticos foram testados para ajustar os dados

apresentados na Figura 2: pseudo-primeira ordem (Malik, 2004), pseudo-segunda ordem (Malik,

2004) e Elovich (Khaled et al., 2009) (Tabela 2).

Os três modelos cinéticos foram ajustados (mostrados na Figura 4) e os parâmetros cinéticos

estão apresentados na Tabela 3. Utilizando o coeficiente de determinação (R2) para comparar os

modelos, observou-se que a adsorção de corante sobre semente de mamão seguiu o modelo de

pseudo-segunda ordem.

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Tabela 2 – Modelos cinéticos de adsorção.

Pseudo-primeira

ordem

qe - capacidade no equilíbrio de adsorção (mg g-1

)

qt - capacidade de adsorção no tempo t (mg g-1

)

k1 - constante da taxa de adsorção de pseudo-primeira ordem

( min-1

)

t - tempo (min)

Pseudo-segunda

ordem

k2 – constante da taxa de adsorção de pseudo-segunda ordem

(g mg-1

min-1

)

h - taxa de adsorção inicial (mg g-1

min-1

)

Elovich

- taxa de adsorção inicial (mg g-1

min-1

)

- constante de dessorção (g mg-1

)

Figura 4 – Modelos de (a) pseudo-primeira ordem; (b) Pseudo-segunda ordem; e (c) Elovich

para a adsorção do corante tartrazina sobre sementes de mamão.

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Tabela 3 – Parâmetros cinéticos para a adsorção de corante sobre sementes de mamão, em

concentrações de corante de 20 e 70 mg L-1

.

Modelos Parâmetros

Tartrazina

20 70

Primeira ordem

k1(min-1

) 0,024 0,016

qe (calc.) 27,71 41,15

R2 0,956 0,828

Segunda ordem

k2 (g mg-1

min-1

) 0,003 0,002

qe (calc.) 27,85 45,40

R2 0,997 0,998

Elovich

0,160 0,134

20,66 20,01

qe (calc.) 31,80 49,82

R2 0,957 0,929

4. CONCLUSÕES

Neste estudo, sementes de mamão foram aplicadas com sucesso para remoção do corante

tartrazina a partir da solução aquosa. O estudo de equilíbrio confirmou que a isoterma de Langmuir

foi o modelo que melhor ajustou o processo de adsorção. Os estudos cinéticos demonstram que a

cinética de pseudo-segunda ordem foi o melhor modelo aplicável. O potencial de adsorção máxima de

sementes de mamão como adsorvente para remoção de corante tartrazina foi de 51 mg g-1

. Portanto,

sementes de mamão possuem potencial para serem aplicadas como adsorvente para remoção do

corante tartrazina em soluções aquosas.

5. REFERÊNCIAS

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